基于GIS的四川省农业土地适宜性评价研究

姚丹丹，苗 放，b，2＊，杨文晖，陈 军，卢涵宇

（1．成都理工大学a地球探测与信息技术教育部重点实验室，b地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都610059；2．成都大学信息科学与技术学院，成都610106；3．成都信息工程学院资源环境学院，成都610225；4．贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳550025）

基于GIS的四川省农业土地适宜性评价研究

姚丹丹1a，苗 放1a，b，2＊，杨文晖1a，陈 军3，卢涵宇4

（1．成都理工大学a地球探测与信息技术教育部重点实验室，b地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都610059；2．成都大学信息科学与技术学院，成都610106；3．成都信息工程学院资源环境学院，成都610225；4．贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳550025）

土地的适宜性评价是土地合理利用与规划的前提。以四川省为研究区域，选取海拔、坡度、坡向、水源保证条件和交通条件等五个评价因子，通过ArcGIS进行单因子评价，运用层次分析法计算各评价因子的权重，然后根据评价模型对单因子评价分析图进行空间叠加分析，生成耕地适宜性等级分布专题图，最终得到四川省耕地适宜等级的空间分布以及各适宜等级所占总评价面积的比例，为四川省土地利用规划提供了科学依据。研究结果表明，利用GIS的空间分析功能并结合评价模型对耕地适宜性进行评价是一种快速、可行的方法。

四川省；适宜性评价；农业土地；GIS；AHP

0 引言

随着人口的增多、社会经济的持续发展，土地资源的供求矛盾关系日益严重并引发一系列生态环境的问题，如耕地锐减、农业物资储备不足、自然灾害频发等［1－2］。我国人多地少，土地资源科学高效、可持续的使用受到政府部门和相关研究者们的高度重视。解决人口与资源的问题，坚持可持续发展道路，需要对土地适宜性进行研究探讨以及科学实践［3－5］。因此开展土地的农业适宜性评价研究，具有重要的现实意义。

传统的土地适宜性分析手段费时费力，且易受评价者的主观影响，已不能满足农业土地科学管理的需求。国内近十几年，随着农业土地适宜性评价不断深入展开，土地适宜性评价方法也有了新的发展，尤其是GIS在土地适宜性评价应用上得到迅速发展，GIS强有力的空间分析功能使得对土地空间复杂系统的评价分析更具科学性［6－10］。作者基于GIS技术对四川省进行农业土地适宜性评价分析，充分发挥了GIS强大的空间分析功能，通过五个评价因子对耕地适宜性进行科学的评价，为土地利用规划提供依据。

1 基于GIS的评价分析

1．1 技术路线

首先根据选择评价因子的原则确定四川省农业土地资源适应性评价的5个评价因素：海拔、坡度、坡向、水源保证、道路通达度；其次5个评价因子分别做土地适宜性单因子评价分析；然后应用层次分析法（AHP法）确定各因子的权重，采用综合制图单元为评价单元，利用GIS软件进行叠加分析，即多因子综合评价，生成农业土地适宜性评价图；最后得到该区域宜耕地空间分布专题图并进行分析评价。具体的技术流程图见图1。

图1 技术流程图Fig．1 Technology flow chart

1．2 确定评价目标

通过对四川省农业土地适宜性的评价分析，得到该区域耕地适宜等级的空间分布以及各适宜等级区域占总评价面积的比例，为该区域土地利用规划提供依据。

1．3 选取评价因子

影响土地适宜性的因子复杂多样，评价因子的选取是研究土地适宜性的关键。土地适宜性评价因子的选取主要遵循以下原则：差异性、主导性、综合性、针对性、现实性、独立性等原则。根据研究区域的实际情况和评价因子选取原则，经过比较分析，最后确定以下五个评价因子：

1）海拔高程。海拔高度主要反映的是热量和水分的状况，不同的海拔高度具有不同的水热组合特征，它们对耕地制度和农作物的生长、布局都有很大的影响。

2）坡度对农业生产的影响主要体现在地表侵蚀程度与农田基本建设条件、灌溉条件、机耕条件等方面。地表起伏越大，坡度越陡，土壤侵蚀作用越明显，水土流失越严重。另外坡度大于25°的不宜农业用地；反之，地形起伏越小，对农田水利化和机械化越有利。

3）坡向影响着日照时数和土壤水分的再分布，因而对农业用地和园地等土地利用类型来说具有研究意义。

4）水源条件：农业的主要限制因素就是水，而水源优势能弥补这一劣势，使原本少雨的地方能够通过水源的灌溉发展农业。研究区域的灌溉主要依靠地表径流，因此我们将水系流经多的地方作为农业土地利用的高度适宜区。

5）交通条件是经济发展的重要因素之一，是区域物质产品与外界交换的渠道，对于产品的流通、土地资源优化具有重要的作用，道路通达度是交通条件优劣的具体体现。

1．4 数据准备与预处理

1）地形、坡度、坡向数据。在国际科学数据服务平台下载四川省90m分辨率的DEM数据，四川省的坡度、坡向数据由DEM数据提取。

2）基础矢量数据主要包括四川主要河流、四川省边界和主要公路。

1．5 评价分类标准的确定

参照联合国粮农组织FAO提出的农业土地适宜性四个等级，高度适宜（S1）、一般适宜（S2）、勉强适宜（S3）和不适宜（N），将这四个适宜度等级分别量化为4、3、2、1。根据四川地形地势以及土地利用的实际情况，制出了各评价因子量化分级综合表见表1。

表1 评价因子量化分级综合表Tab．1 Evaluate factor quantitative classification table

1．6 单因子评价分析

1．6．1 海拔因子评价等级图

按照海拔因子量化分级表，在ArcMap中，利用Spatial Analyst／Reclassify／Reclassify对四川省DEM进行重分类，得到宜耕地的海拔因子等级分布图（图2）。

图2 宜耕地海拔等级图Fig．2 Altitude grade figure of suitable cultivated land

1．6．2 坡度因子评价等级图

在ArcMap中，利用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Surface（表面分析）／slope（坡度），提取坡度数据Slope＿四川，将得到的Slope＿四川数据按照评价因子量化分级表1利用Spatial Analyst／Reclassify／Reclassify进行重分类，得到宜耕地的坡度因子等级图（图3）。

图3 宜耕地坡度等级图Fig．3 Slope grade figure of suitable cultivated land

1．6．3 坡向因子评价等级图

在ArcMap中，利用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Surface（表面分析）／Aspect，提取四川省坡向数据Aspect＿四川，并进行重分类（具体量化值见表1），得到宜耕地坡向因子等级分布图（图4）。

图4 宜耕地坡向等级图Fig．4 Aspect grade figure of suitable cultivated land

1．6．4 水源保证因子评价等级图

在ArcMap中，对river＿四川．shp进行缓冲区分析，水源保证的具体量化分界为：有较好的水源保证，量化为4；基本有水源保证，量化为3；较差水源保证，量化为2；无水源保证，量化为1，得到宜耕地水源保证等级分布图（图5）。

图5 宜耕地水源保证等级图Fig．5 Headwaters grade figure of suitable cultivated land

1．6．5 交通条件因子评价等级图

在ArcMap中，对四川省主要公路．shp进行缓冲区分析，将交通条件分为四个等级，交通方便、交通较方便、交通较不方便、交通不便，分别量化为4、3、2、1（具体量化标准见表1）。得到宜耕地道路通达度等级分布图（图6）。

图6 宜耕地交通条件等级图ig．6 Transportation grade figure of suitable cultivated land

2 土地适宜性评价模型构建及多因子叠加分析

2．1 计算因子权重

采用层次分析法，确定各评价因子权重。首先构建层次结构模型（图7），然后需对准则层各评价因子的重要程度做出判断，对比各评价因子的重要性，构造出宜耕地的判断矩阵并赋值，矩阵列向量归一化处理，计算出宜耕地的海拔（B1）、坡度（B2）、坡向（B3）、水源保证（B4）、道路通达（B5）的权重值w。宜耕地的判断矩阵如表2所示。

2．2 多因子综合评价分析

本文采用加权指数和法作为农用地适宜性评价的模型，评价模型的表达式为：

其中：S为农用地适宜性的综合总分值；n为评价因子个数；Wk为第k个评价因子的权重；Vk为第k个评价因子的量化值。加权指数和法将各个评价因子的权重和量化值的乘积求和，得到综合评价分值。该方法原理简单，同时考虑了各个因子的权重，实现了整体的综合评价。

表2 宜耕地判断矩阵表Tab．2 Judgment matrix table of suitable cultivated land

表3 耕地综合评价分数分级Tab．3 Classification of cultivated land evaluation points

利用ArcMap，运用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Overlay（叠加）／Weighted Sum（加权叠加），根据层次分析法得到的各因子权重和评价模型，对海拔、坡度、坡向、水源保证、交通条件5个评价因子的等级栅格图进行叠加，得到综合评价图。最终的综合评价栅格图，每个栅格单元评价值即将5个评价因子的权重和该栅格对应的量化值一一对应进行乘积，然后求和。再根据叠加的综合评价分值对土地适宜度进行分区，分值越高，表示越适宜；分值越低，表示越不适宜。适宜等级为高度适宜、一般适宜、勉强适宜、不适宜。表3给出了耕地适宜度的分值。

3 评价结果与分析

根据多因子分析的评价模型，得到耕地的海拔、坡度、坡向、水源保证以及交通条件五个评价因子的综合评价分数。将综合评价分数按高度适宜、勉强适宜、一般适宜、不适宜四个等级来划分，制成耕地适宜性等级分布图（图8）。

根据图8及耕地各等级单元个数分析得出，①四川省高度适宜耕地占总评价面积的22%，从总体上看，高度适宜耕地比较集中，其中省东部地区宜耕地最多，主要是因为这些地区地势低且坡度小，水资源丰富而且交通便利，高度适宜农耕业生产；②一般适宜耕地占总评价面积的27%，分散的分布在省内各个地区，这些地区各项评价指标都中等偏上，较适宜农耕业；③勉强适宜耕地占总评价面积的39%，主要是没有很好的水源保证且离主要公路较远；④不适宜耕地占总评价面积的12%，主要分布在省西部地区，由于地势高、山路崎岖，交通不便又没有水源保证，不适宜农耕业的发展。

图7 层次模型图Fig．7 Hierarchical model figure

图8 耕地适宜性等级分布图Fig．8 Cultivated land suitability rank distribution

4 结论

土地的适宜性评价是土地合理利用与规划的前提。通过对四川省实际自然地理情况分析研究，选取有效评价因子，结合ArcGIS，运用层次分析法确定评价因子的权重，并结合评价模型，生成耕地适宜性等级分布专题图，最终得到四川省耕地适宜等级的空间分布以及各适宜等级所占总评价面积的比例，为四川省土地利用规划提供了科学依据。研究结果表明：四川省适宜农耕业发展的土地资源丰富；利用GIS的空间分析功能并结合评价模型对耕地适宜性进行评价是快速、可行的一种方法。

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Research on agricultural land suitability assessment based on GIS in Sichuan

YAO Dan-dan1a，MIAO Fang1a，b，2＊，YANG Wen-hui1a，CHEN Jun3，LU Han-yu4
（1．Chengdu University of Technology，a．Key Lab of Earth Exploration ＆Information Techniques of Ministry of Education，b．State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059，China；2．Chengdu College，Chengdu 610106，China；3．College of Resources and Environment，Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，China；4．College of Bigdata and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Land suitability evaluation is the precondition for rational using and planning of land．This paper taking Sichuan province as study area，choosing five evaluation factors as altitude，slope，slope assured，water conditions，traffic conditions and so on，single factor was evaluated in study area respectively using ArcGIS software．Analytic hierarchy process（AHP）was introduced to calculate the weight of each evaluation factor．Spatial comprehensive analyzed on single factor evaluation analysis map according to the evaluation model，and then got the cultivated land suitability level distribution thematic map，and the spatial distribution of cultivated land and the proportion of the total evaluation area of Sichuan province．It provided scientific basis for land use planning in Sichuan．The research results show that using spatial analysis function of GIS with evaluation model to evaluate cultivated land suitability is one fast and feasible method．

Sichuan province；suitable evaluation；agricultural land；GIS；AHP

P 208

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2015．03．20

1001-1749（2015）03-0403-06

2014-11-22 改回日期：2015-04-10

国家自然科学基金（61071121）

姚丹丹（1987－），女，博士，从事空间信息技术及应用、智能信息处理方向的研究，E-mail：ydd0108＠126．com。

＊通信作者：苗放（1958－），男，教授，从事空间信息技术及应用、计算机技术及应用方向的研究，E-mail：mf＠cdut．edu．cn。